Querreglung Vorarbeiten - Versionsgeschichte

Leonard Herbstmann: /* Reglerentwurf */ Aktueller Stand der Parameter des Querreglers

2018-07-08T15:34:43Z

Reglerentwurf: Aktueller Stand der Parameter des Querreglers

← Nächstältere Version		Version vom 8. Juli 2018, 15:34 Uhr
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	Da kein I-Anteil verwendet wird, ist keine Wind-Up-Problematik vorhanden. Es wurde aber analog zur Längsregelung eine Anti-Wind-Up-Strategie implementiert.<br/>		Da kein I-Anteil verwendet wird, ist keine Wind-Up-Problematik vorhanden. Es wurde aber analog zur Längsregelung eine Anti-Wind-Up-Strategie implementiert.<br/>
	Das Fahrzeug folgt so der Bahn, solange eindeutige Polynom-Parameter übertragen werden. Sollte die Spur kurzzeitig verloren gehen, wird mithilfe der alten Werte die Fahrt fortgesetzt. Der engste getestete Kurvenradius beträgt 1.8 Meter.		Das Fahrzeug folgt so der Bahn, solange eindeutige Polynom-Parameter übertragen werden. Sollte die Spur kurzzeitig verloren gehen, wird mithilfe der alten Werte die Fahrt fortgesetzt. Der engste getestete Kurvenradius beträgt 1.8 Meter.

			'''Stand Juni 2018'''
			* P-Anteil: 0,64
			* I-Anteil: 0
			* D-Anteil: 0,00101

			Werte wurden bisher nur in der Simulation überprüft. Als nächster Schritt müssen diese unter realen Bedingungen getestet werden. Bei der Kurveneinfahrt ist mit diesen Regelparametern ein starkes Schwingen des P-Anteils zu erkennen jedoch bleibt das Fahrzeug auf der Soll-Bahn ohne erkennbares zittern. Jedoch sind dieses wie erwähnt nur Testergebnisse aus der Simulationsumgebung.

	====Messungen====		====Messungen====

Robin Kirsch: /* Simulation */

2016-12-02T11:15:48Z

Simulation

← Nächstältere Version		Version vom 2. Dezember 2016, 11:15 Uhr
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	[[Datei:StateFlow S Kurve.PNG\|mini\|zentriert\|1000px\|Stateflow-Modell ''S-Kurve'']]		[[Datei:StateFlow S Kurve.PNG\|mini\|zentriert\|1000px\|Stateflow-Modell ''S-Kurve'']]
	====Simulation====		====Simulation====
	Nachdem erste Tests mit den damaligen ESM- und Regler-Konfigurationen erfolgreich waren, vgl. Abbildung ''Test Hindernisumfahrung'', wurde der Entwurf in das Modell integriert. Der Status der Abbildung ließ sich leider nicht wieder herstellen, möglicherweise lässt sich eine temporäre lokale Dateiversion nicht wiederherstellen. Aus diesem Grund ist hier keine Originaldatei hinzugefügt.		Nachdem erste Tests mit den damaligen ESM- und Regler-Konfigurationen erfolgreich waren, vgl. Abbildung ''Test Hindernisumfahrung'', wurde der Entwurf in das Modell integriert.
	[[Datei:Hindernisumfahrung Test Plot.PNG\|mini\|zentriert\|1000px\|Test Hindernisumfahrung]]		[[Datei:Hindernisumfahrung Test Plot.PNG\|mini\|zentriert\|1000px\|Test Hindernisumfahrung]]
	Der derzeitige Stand ist in der Abbildung ''Hindernisumfahrung'' zu sehen.		Der derzeitige Stand ist in der Abbildung ''Hindernisumfahrung'' zu sehen.

Robin Kirsch: /* Reglerentwurf */

2016-12-02T11:14:11Z

Reglerentwurf

← Nächstältere Version		Version vom 2. Dezember 2016, 11:14 Uhr
Zeile 44:		Zeile 44:
	* I-Anteil: 0		* I-Anteil: 0
	* D-Anteil: 0,00101		* D-Anteil: 0,00101

			'''Stand Dezember 2016'''
			* P-Anteil: 0,32
			* I-Anteil: 0
			* D-Anteil: 0,00101

	Da kein I-Anteil verwendet wird, ist keine Wind-Up-Problematik vorhanden. Es wurde aber analog zur Längsregelung eine Anti-Wind-Up-Strategie implementiert.<br/>		Da kein I-Anteil verwendet wird, ist keine Wind-Up-Problematik vorhanden. Es wurde aber analog zur Längsregelung eine Anti-Wind-Up-Strategie implementiert.<br/>
	Das Fahrzeug folgt so der Bahn, solange eindeutige Polynom-Parameter übertragen werden. ~~Nur bei sehr engen Kurven scheint~~ die ~~Regelung noch zu langsam zu sein~~. ~~Möglicherweise kann das aber mit dem Verhältnis von Fahrgeschwindigkeit und Vorausschauweite kompensiert werden~~.		Das Fahrzeug folgt so der Bahn, solange eindeutige Polynom-Parameter übertragen werden. Sollte die Spur kurzzeitig verloren gehen, wird mithilfe der alten Werte die Fahrt fortgesetzt. Der engste getestete Kurvenradius beträgt 1.8 Meter.

	====Messungen====		====Messungen====

Robin Kirsch am 2. Dezember 2016 um 11:09 Uhr

2016-12-02T11:09:03Z

← Nächstältere Version		Version vom 2. Dezember 2016, 11:09 Uhr
Zeile 72:		Zeile 72:
	[[Datei:Plot Hindernisumfahrung.PNG\|mini\|zentriert\|1000px\|Hindernisumfahrung [[:Datei:Plot.fig\|(Originaldatei)]]]]		[[Datei:Plot Hindernisumfahrung.PNG\|mini\|zentriert\|1000px\|Hindernisumfahrung [[:Datei:Plot.fig\|(Originaldatei)]]]]
	Es ist deutlich zu erkennen, dass der Regler noch zu langsam darauf reagiert. Auch die Werte im Stateflow-Modell werden in Zukunft noch angepasst werden müssen.		Es ist deutlich zu erkennen, dass der Regler noch zu langsam darauf reagiert. Auch die Werte im Stateflow-Modell werden in Zukunft noch angepasst werden müssen.

			→ zurück zum Hauptartikel: [[BSF - Bahn- und Spurführung\|BSF - Bahn- und Spurführung]]

Robin Kirsch: Die Seite wurde neu angelegt: „====Status Quo==== In dem oben beschriebenen Konzept wird zur Bestimmung der Istbahn die Gierrate benötigt. Gemäß der Vorarbeit früherer Teams war das Sign…“

2016-12-02T11:07:57Z

Die Seite wurde neu angelegt: „====Status Quo==== In dem oben beschriebenen Konzept wird zur Bestimmung der Istbahn die Gierrate benötigt. Gemäß der Vorarbeit früherer Teams war das Sign…“

Neue Seite

====Status Quo====
In dem oben beschriebenen Konzept wird zur Bestimmung der Istbahn die Gierrate benötigt. Gemäß der Vorarbeit früherer Teams war das Signal des Gyro-Sensors zeitweise nicht verwendbar. Alternativ wurde daher ein neuer Ansatz zur Bestimmung der Regeldifferenz gewählt. Dabei wird angenommen, dass ohne Stellgrößenberechnung des Reglers das Fahrzeug auf einer Geraden fährt. Dadurch ergibt sich die Vereinfachung dahingehend, dass die prädizierte Istbahn des Fahrzeugs und die aktuelle Ausrichtung identisch sind, also dazwischen keine Querabweichung vorliegt. Als Regeldifferenz ergibt sich somit die Querabweichung der Sollbahn von der aktuellen Ausrichtung des Fahrzeugs. Dieser Ansatz liegt auch jetzt noch vor, obwohl das Gyro-Signal zur Verfügung steht.

===Einspurmodell===
Für die effektive Nutzung des Offline-Modells in der Simulation ist eine Anpassung des Einspurmodells (ESM) an das Fahrzeug notwendig, damit das Modell der Realität so nah wie möglich kommt. Dazu müssen die einzelnen Parameter des Modells entsprechend bestimmt werden. Die aktuellen Werte sind in den Parameterdateien ''param_ESM_offline.m'' und ''param_CAR.m'' hinterlegt und werden somit vom Modell verwendet.

====Größen des Einspurmodells====
Im Folgenden sollen die Parameter des Modells kurz vorgestellt werden.
*Radstand des Fahrzeugs, wird im ESM mit ''l'' bezeichnet
*Abstand des Schwerpunktes des Fahrzeuges von dem vordersten Punkt ''lv''
*Abstand des Schwerpunktes des Fahrzeuges von dem hintersten Punkt ''lh''
*Masse des Fahrzeugs ''m''
*Massenträgheitsmoment um die Z-Achse des fahrzeugfesten Koordinatensystems ''J''
*Steifigkeit der Vorderachse ''cv''
*Steifigkeit der Hinterachse ''ch''

====Bestimmung der Parameter====
Nun wird für die einzelnen Parameter die Bestimmung der jeweiligen Größen vorgestellt. 
'''Radstand ''l''''' 
Der Radstand lässt sich durch eine Messung mit einem Messschieber bestimmen. Es ist dabei der Abstand vom vorderen zum hinteren Achsenmittelpunkt zu messen. Für das Einspurmodell ist die Gesamtlänge, also inklusive der vorderen und hinteren Überhänge, nicht von Bedeutung. 
'''Abstand des Schwerpunktes des Fahrzeuges von den äußeren Punkten ''lv'' und ''lh''''' 
Zur Bestimmung der Abstände wird das Fahrzeug an den beiden Achsen mit zwei Waagen gewogen. Aus dem Verhältnis der bestimmten Maßen lässt sich die Lage des Schwerpunktes in Längsrichtung des Fahrzeugs bestimmen. 
'''Masse des Fahrzeugs ''m''''' 
Die Gesamtmasse ergibt sich aus der Summe der zwei zuvor bestimmten Teilmassen. 
'''Massenträgheitsmoment um die Z-Achse ''Jz''''' 
Das Massenträgheitsmoment um die Z-Achse ''Jz'' wird bestimmt unter der Annahme, dass das Fahrzeug geometrisch einem Quader ähnelt. 
'''Steifigkeit der Vorderachse ''cv'' und der Hinterachse ''ch''' 
Für die Bestimmung der Steifigkeiten und die Feinjustierung des Modells wird das Fahrzeug, das die Regelstrecke darstellt, mit einer Sprungantwort für einen Sprung des Lenkwinkels analysiert. Dazu wird die Gierrate des Fahrzeugs während des Sprungsignals gemessen. Das ESM lässt sich anhand dieser Messdaten parametrisieren, indem das Übertragungsverhalten des Fahrzeugs den vom Modell errechneten Daten vergleichend gegenübergestellt wird. 
Dazu wurde ein separates Modell ''Einspurmodell_Solo_BSF'' erstellt, das in der Abbildung ''Einspurmodell-Solo_BSF'' zu sehen ist.
[[Datei:Einspurmodell Solo BSF.PNG|mini|zentriert|1000px|Einspurmodell-Solo_BSF [[:Datei:Einspurmodell Solo BSF org.mdl| (Originaldatei)]]]]
Es wurden mehrere Messungen gemacht, diese sind im Ordner ''trunk/Teams/BSF/Analyse Gierrate'' zu finden. Für die zuletzt verwendeten Messungen sind die benötigten Variablen in Unterordnern des Ordners ''trunk/Teams/BSF/Einspurmodell''. Für neuere Messungen, die mit dem ''Recorder_BSF'' (vgl. Abb. ''Layout BSF_Regelung'' links im Bild) erstellt wurden, wurde die Funktion ''VariablenLaden.m'' erstellt. 
Das Ergebnis der Analyse ist in der Abbildung ''Gierrate ESM vs Messung'' dargestellt. Die Daten stammen aus der Messung ''bsf_014.mat'', mit dem Skript ''VariablenLaden.m'' lassen sich die notwendigen Vorbereitungen ausführen. In ''start.m'' müssen dazu folgende Parameter eingestellt sein:
* ''Schalter_offline = 1;'' Offline-Modell
* ''Simulinkmodus = 1;'' BSF-Modus
Dann muss nur noch das Modell, vgl. Abb. ''Einspurmodell-Solo_BSF'', ausgeführt und dann der ''Scope1'' geöffnet werden.
[[Datei:GierrateESMvsMessung Faktor 0.35 c a h 120.PNG|mini|zentriert|1000px|Gierrate ESM vs Messung [[:Datei:VariablenLaden.m| (Skript zum Aufruf des Modells mit Variablen)]]]]
Es ist sehr gut ersichtlich, dass ausgenommen des Rauschens, das Einspurmodell und die Messung gut übereinpassen. Die Reglerparametrisierung hat gezeigt, dass seitdem das Verhalten des AMR und die Simulation mit dem ESM nah beieinander liegen. 
Die derzeitigen Parameter sind für die Steifigkeit der Vorderachse ''cv=120*0.35=42'' und für die Hinterachse ''ch=120''.

===Reglerentwurf===
Die Querregelung ist mit einem PID-Regler umgesetzt, der dem Regler der Längsregelung weitgehend entspricht. Die Regelparameter können ebenfalls in der Parameterdatei ''param_BSF.m'' über die Parameter ''PAR_BsfQuer_PAnteil_f64'', ''PAR_BsfQuer_IAnteil_f64'' und ''PAR_BsfQuer_DAnteil_f64'' eingestellt werden. Die Parametrisierung im Simulations-Modell konnte nach der Parametrisierung des Einspurmodells erfolgen. Die Stellgröße für den Soll-Lenkwinkel wird durch eine Sättigungsfunktion auf den maximalen Lenkwinkel des Fahrzeugs begrenzt. Die Grenzen können ebenfalls in der Parameterdatei ''param_BSF.m'' als Parameter ''PAR_BsfQuer_max_Lw_f64'' und ''PAR_BsfQuer_min_Lw_f64'' festgelegt werden. 
'''Stand Januar 2015'''
* P-Anteil: 0,16
* I-Anteil: 0
* D-Anteil: 0,00101
Da kein I-Anteil verwendet wird, ist keine Wind-Up-Problematik vorhanden. Es wurde aber analog zur Längsregelung eine Anti-Wind-Up-Strategie implementiert. 
Das Fahrzeug folgt so der Bahn, solange eindeutige Polynom-Parameter übertragen werden. Nur bei sehr engen Kurven scheint die Regelung noch zu langsam zu sein. Möglicherweise kann das aber mit dem Verhältnis von Fahrgeschwindigkeit und Vorausschauweite kompensiert werden.

====Messungen====
Es empfiehlt sich, während der Regler-Parametrisierung bei jeder Fahrt eine Messung aller relevanten Signale aufzunehmen. Dadurch können Signalverläufe und die logische Richtigkeit von Signalen überprüft werden. Dazu wurde in ''ControlDesk®'' ein Recorder ''Recorder_BSF'' erstellt, vgl. Abbildung ''Layout BSF_Regelung''. Hilfestellungen dazu sind in dem Artikel [[Messungen mit dSPACE ControlDesk]] zu finden. 
Für die Darstellung der Signale wurde eine Funktion ''plot_nach_Messung_BSF.m'' erstellt, mit der in einem Übersichtsplot die wichtigsten Signale angezeigt werden (siehe Abbildung ''Übersichtsplot Messungen'').
[[Datei:Plot Messung.PNG|mini|zentriert|1000px|Übersichtsplot Messungen [[:Datei:Plot Messung org.fig| (Originaldatei)]]]]
In der oberen Fensterleiste wird der Name der Messung mit ausgegeben. An der Ordinaten der Regleranteile werden die Regler-Faktoren mit angezeigt.

====ControlDesk®-Layout====
Für die Steuerung und Visualisierung des Fahrzeugs bei Parametrisierung der Regler, wurde ein separates Layout in ''ControlDesk®'' geschaffen.
[[Datei:ControlDesk Layout BSF Regelung.PNG|mini|zentriert|1000px|Layout BSF_Regelung [[:Datei:ControlDesk Layout BSF Regelung org.pptx| (Originaldatei)]]]]

===Hindernisumfahrung===
====Konzept====
Die Hindernisumfahrung ist so aufgebaut, dass anhand der Objektliste des LIDARs ein ''Hindernisbit'' erzeugt wird, mit dem zwischen der Sollvorgabe ohne Hindernis und der Sollvorgabe mit Hindernis umgeschaltet wird. Im Modell ist ein entsprechender Switch-Block ''Umschalter_Querführung'' eingefügt, vgl. Abbildung ''BSFQuer mit Hindernisumfahrung''.
[[Datei:BSF mit Hindernis.PNG|mini|zentriert|1000px|BSFQuer mit Hindernisumfahrung]]
Der Ansatz ist, die Sollvorgabe für die Querführung bei Hindernissen um eine Spurbreite nach links zu verschieben, also auf die linke Spur auszuweichen. Es wird dabei im Stateflow-Modell ''S-Kurve'' ein Offset erzeugt, dass auf die eigentliche Soll-Querablage aufaddiert wird, vgl. Abbildung ''Sollvorgabe mit Hindernis''.
[[Datei:Sollvorgabe mit Hindernis.PNG|mini|zentriert|1000px|Sollvorgabe mit Hindernis]]
Der Abstand zum Objekt wird derzeit noch pythagoreisch berechnet, kann in Zukunft aber aus der getriggerten Objektliste aus der Signalaufbereitung verwendet werden. Diese war aber zur Implementierungszeit noch nicht fertig. 
Das Stateflow-Modell erzeugt einfach eine statisch definierte S-Kurve. Es wird bei Erreichen eines Abstandes zum Objekt von weniger als zwei Meter das Offset nach links gesetzt. Nach einer gewissen Strecke wird das Offset wieder zurückgesetzt, dann kurzzeitig nach rechts gerichtet und zum Schluss wieder auf null gesetzt. Das ''Hindernisbit'' wird während der S-Kurve gesetzt. Das Modell mit den derzeitigen Werten ist in der Abbildung ''Stateflow-Modell S-Kurve'' zu sehen.
[[Datei:StateFlow S Kurve.PNG|mini|zentriert|1000px|Stateflow-Modell ''S-Kurve'']]
====Simulation====
Nachdem erste Tests mit den damaligen ESM- und Regler-Konfigurationen erfolgreich waren, vgl. Abbildung ''Test Hindernisumfahrung'', wurde der Entwurf in das Modell integriert. Der Status der Abbildung ließ sich leider nicht wieder herstellen, möglicherweise lässt sich eine temporäre lokale Dateiversion nicht wiederherstellen. Aus diesem Grund ist hier keine Originaldatei hinzugefügt.
[[Datei:Hindernisumfahrung Test Plot.PNG|mini|zentriert|1000px|Test Hindernisumfahrung]]
Der derzeitige Stand ist in der Abbildung ''Hindernisumfahrung'' zu sehen.
[[Datei:Plot Hindernisumfahrung.PNG|mini|zentriert|1000px|Hindernisumfahrung [[:Datei:Plot.fig|(Originaldatei)]]]]
Es ist deutlich zu erkennen, dass der Regler noch zu langsam darauf reagiert. Auch die Werte im Stateflow-Modell werden in Zukunft noch angepasst werden müssen.